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网络基础知识

经典协议

TCP 为什么需要三次握手四次挥手

  • 三次握手的最主要目的是保证连接是双工的，可靠更多的是通过重传机制来保证的。
  • 因为连接是全双工的，双方必须都收到对方的FIN包及确认才可关闭。

为什么time_wait要等2msl

TCP为什么需要流量控制

  • 由于通讯双方，网速不同。通讯方任一方发送过快都会导致对方消息处理不过来，所以就需要把数据放到缓冲区中
  • 如果缓冲区满了，发送方还在疯狂发送，那接收方只能把数据包丢弃。因此我们需要控制发送速率。
  • 我们缓冲区剩余大小称之为接收窗口，用变量win表示。如果的win=0，则发送方停止发送。

TCP为什么需要拥塞控制

  • 流量控制与拥塞控制是两个概念，拥塞控制是调解网络的负载。
  • 接收方网络资源繁忙，因未及时相应ACK导致发送方重传大量数据，这样将会导致网络更加拥堵。
  • 拥塞控制是动态调整win大小，不只是依赖缓冲区大小确定窗口大小。

为什么会出现粘包/拆包？

  • 应用程序写入的数据大于套接字缓冲区大小，这将会发生拆包。
  • 应用程序写入数据小于套接字缓冲区大小，网卡将应用多次写入的数据发送到网络上，这将会发生粘包。
  • 进行MSS（最大报文长度）大小的TCP分段，当TCP报文长度-TCP头部长度>MSS的时候将发生拆包。
  • 接收方法不及时读取套接字缓冲区数据，这将发生粘包。

如何获取完整应用数据报文？

  • 使用带消息头的协议，头部写入包长度，然后再读取包内容。
  • 设置定长消息，每次读取定长内容，长度不够时空位补固定字符。
  • 设置消息边界，服务端从网络流中按消息边界分离出消息内容，一般使用\n’。
  • 更为复杂的协议，例如json、protobuf

golang的tcp小demo

解码部分

package unpack

import (
	"encoding/binary"
	"errors"
	"io"
)

const MsgHeader = "12345678"

// Encode 将消息编码为特定格式并写入 bytesBuffer 中。
// 消息格式：消息头 + 消息长度 + 消息内容
// 长度：消息头 8字节 + 消息长度 4字节 + 实际消息内容长度 contentLen
func Encode(bytesBuffer io.Writer, content string) error {
	// 写入消息头
	if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, []byte(MsgHeader)); err != nil {
		return err
	}
	// 写入消息长度
	contentLen := int32(len(content))
	if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, contentLen); err != nil {
		return err
	}
	// 写入消息内容
	if err := binary.Write(bytesBuffer, binary.BigEndian, []byte(content)); err != nil {
		return err
	}
	return nil
}

// Decode 从 bytesBuffer 中读取并解码消息。
// 返回消息内容的字节切片和可能的错误。
func Decode(bytesBuffer io.Reader) (bodyBuf []byte, err error) {
	MagicBuf := make([]byte, len(MsgHeader))
	// 1. 读取消息头
	if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, MagicBuf); err != nil {
		return nil, err
	}
	// 2. 判断消息头是否正确
	if string(MagicBuf) != MsgHeader {
		return nil, errors.New("msg header error")
	}
	lengthBuf := make([]byte, 4)
	// 3. 读取消息长度
	if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, lengthBuf); err != nil {
		return nil, err
	}
	// 4. 转换消息长度
	length := binary.BigEndian.Uint32(lengthBuf)
	bodyBuf = make([]byte, length)
	// 5. 读取实际消息内容
	if _, err = io.ReadFull(bytesBuffer, bodyBuf); err != nil {
		return nil, err
	}
	return bodyBuf, nil
}

客户端部分

package main

import (
	"fmt"
	"gatewat_demo/base/unpack/unpack"
	"net"
)

// main 是程序的入口函数。
// 它建立一个 TCP 连接到本地的 9090 端口，并发送编码后的消息 "hello world 0!!!"。
func main() {
	// 尝试建立一个 TCP 连接到本地的 9090 端口
	conn, err := net.Dial("tcp", "localhost:9999")
	defer conn.Close() // 在函数结束时关闭连接
	if err != nil {
		// 如果连接失败，打印错误信息并返回
		fmt.Println("Error dialing", err.Error())
		return
	}
	// 使用自定义的 Encode 函数将消息 "hello world 0!!!" 编码并发送
	unpack.Encode(conn, "hello world 0!!!")
}

服务器部分

package main

import (
	"fmt"
	"gatewat_demo/base/unpack/unpack"
	"net"
)

// main 是程序的入口函数。
// 它在本地的 9999 端口上启动一个 TCP 服务器，等待客户端连接并处理连接。
func main() {
	// 1. 本地端口监听 ip:port
	listener, err := net.Listen("tcp", "localhost:9999")
	if err != nil {
		// 如果监听失败，打印错误信息并返回
		fmt.Printf("listen failed, err:%v\n", err)
		return
	}
	for {
		// 2. 等待客户端建立连接
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			// 如果接受连接失败，打印错误信息并继续等待下一个连接
			fmt.Printf("accept failed, err:%v\n", err)
			continue
		}
		// 3. 启动一个单独的 goroutine 处理连接
		go process(conn)
	}
}

// process 处理单个客户端连接。
// 它从连接中读取数据并解码，直到发生错误或连接关闭。
func process(conn net.Conn) {
	defer conn.Close() // 在函数结束时关闭连接
	for {
		// 从连接中解码数据
		bt, err := unpack.Decode(conn)
		if err != nil {
			// 如果读取数据失败，打印错误信息并退出循环
			fmt.Printf("read from client failed, err:%v\n", err)
			break
		}
		// 打印从客户端接收到的数据
		fmt.Printf("receive from client, data:%v\n", string(bt))
	}
}

运行后可以看到

golang创建udp服务器和客户端

客户端

package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

func main() {
	// 1. 本地端口监听 ip:port
	conn, err := net.DialUDP("udp", nil, &net.UDPAddr{
		IP:   net.IPv4(127, 0, 0, 1),
		Port: 9999,
	})
	if err != nil {
		fmt.Printf("connect failed, err:%v\n", err)
		return
	}

	//2. 发送数据
	for i := 0; i < 100; i++ {
		_, err = conn.Write([]byte("hello server"))
		if err != nil {
			fmt.Printf("send data failed, err:%v\n", err)
			return
		}
		// 3. 接收数据
		result := make([]byte, 1024)
		n, remoteAddr, err := conn.ReadFromUDP(result)
		if err != nil {
			fmt.Printf("receive data failed, err:%v\n", err)
			return
		}
		fmt.Printf("receive from addr:%v data:%v count:%v\n", remoteAddr, string(result[:n]), n)
	}

}

服务端

package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

// main 是程序的入口函数。
// 它在本地的 9999 端口上启动一个 UDP 服务器，等待客户端发送消息并回复。
func main() {
	// 1. 本地端口监听 ip:port
	listener, err := net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{
		IP:   net.IPv4(127, 0, 0, 1),
		Port: 9999,
	})
	if err != nil {
		// 如果监听失败，打印错误信息并返回
		fmt.Printf("listen failed, err:%v\n", err)
		return
	}
	// 2. 循环读取消息
	for {
		var data [1024]byte
		// 使用 ReadFromUDP 读取数据，返回数据长度 n，客户端地址 addr，错误 err
		n, addr, err := listener.ReadFromUDP(data[:])
		if err != nil {
			// 如果读取数据失败，打印错误信息并退出循环
			fmt.Printf("read from udp failed, err:%v\n", err)
			break
		}

		// 启动一个单独的 goroutine 处理客户端请求
		go func() {
			// 3. 回复数据
			fmt.Printf("data:%v addr:%v count:%v\n", string(data[:n]), addr, n)
			_, err = listener.WriteToUDP([]byte("received success"), addr)
			if err != nil {
				// 如果发送数据失败，打印错误信息
				fmt.Printf("write to udp failed, err:%v\n", err)
				return
			}
		}()
	}
}

tcp实现

如果没有deferclose会出现什么情况

如果server端没有close，客户端会停在FIN_WAIT_2，服务器会停在CLOSE_WAIT

golang创建http服务器和客户端 

package main

import (
	"log"
	"net/http"
	"time"
)

const Addr = "localhost:9999"

// main 是程序的入口函数。
// 它创建一个 HTTP 服务器并在本地的 9999 端口上启动服务。
func main() {

	// 1. 创建一个 http.ServeMux 路由器
	mux := http.NewServeMux()
	// 2. 设置路由规则
	mux.HandleFunc("/bye", sayBye)
	// 3. 创建一个 http.Server
	server := http.Server{
		Addr:         Addr,
		Handler:      mux,
		WriteTimeout: time.Second * 3,
	}
	// 4. 监听端口并启动服务
	log.Println("Starting http server at " + Addr)
	log.Fatal(server.ListenAndServe())
}

// sayBye 处理 /bye 路由的请求。
// 它等待 1 秒钟，然后返回 "bye bye, this is http server" 响应。
func sayBye(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	time.Sleep(1 * time.Second)
	w.Write([]byte("bye bye, this is http server"))
}

测试得到

agq@AGdeMacBook-Air tcp_client % curl -v 'http//127.0.0.1:9
999/bye'
* Could not resolve host: http
* Closing connection 0
curl: (6) Could not resolve host: http
agq@AGdeMacBook-Air tcp_client % curl -v 'http://127.0.0.1:9999/bye'
*   Trying 127.0.0.1:9999...
* Connected to 127.0.0.1 (127.0.0.1) port 9999 (#0)
> GET /bye HTTP/1.1
> Host: 127.0.0.1:9999
> User-Agent: curl/8.1.2
> Accept: */*
> 
< HTTP/1.1 200 OK
< Date: Thu, 19 Sep 2024 13:22:37 GMT
< Content-Length: 28
< Content-Type: text/plain; charset=utf-8
< 
* Connection #0 to host 127.0.0.1 left intact
bye bye, this is http server%
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